哈尔滨地区6层住宅建筑结构对比设计与分析

第43卷第10期2013年5月下建筑结构BuildingStructureVol．43No．10May2013哈尔滨地区6层住宅建筑结构对比设计与分析*王凤来1，张孝存1，张厚2(1哈尔滨工业大学土木工程学院，哈尔滨150090;2黑龙江省建设集团有限公司，哈尔滨150046)［摘要］为对比配筋砌块砌体结构与砖混结构(混凝土实心砖)在建设多层住宅建筑方面的优劣，对同一栋6层住宅建筑，分别采用配筋砌块砌体结构和砖混结构两种结构体系进行结构设计，在各层楼板配筋和建筑构造完全相同的前提下，进行了详细的造价和结构性能分析，得出采用配筋砌块砌体结构具有节约材料、降低工程造价、增加建筑使用面积、提高结构抗剪承载力与抗震性能等诸多优势，证明该结构是适合于多层住宅建筑的结构体系。［关键词］多层建筑;配筋砌块砌体结构;砖混结构;经济性;安全性;抗震性能中图分类号:TU365文献标识码:A文章编号:1002-848X(2013)10-0055-04Comparisonofstructuraldesignandanalysisofa6-storeyresidentialbuildinginHarbinWangFenglai1，ZhangXiaocun1，ZhangHou2(1SchoolofCivilEngineering，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150090，China;2HeilongjiangConstructionGroupCo．，Ltd．，Harbin150046，China)Abstract:Tocomparetheprosandconsofreinforcedconcreteblockmasonryshearwallstructurewithbrickmasonrystructureintheareaofbuildingmulti-storeyresidentialbuildings，bothreinforcedconcreteblockmasonryshearwallstructureandbrickmasonrystructurewereusedforthestructuredesignofa6-storeyresidentialbuilding．Underthesamepremiseofboththearchitecturalconstructionandthereinforcementofeachfloor，adetailedanalysisoftheprojectcostandstructuralperformancewascarriedout，andaconclusionfortheconstructionofmulti-storeyresidentialbuildingswasdrawthatreinforcedconcreteblockmasonryshearwallstructurehastheadvantageofsavingmaterial，reducingtheprojectcost，increasingthenetarea，improvingtheshearingcapacityandseismicperformance，andsoon，whichprovesthatreinforcedconcreteblockmasonryshearwallstructureissuitableformulti-storeyresidentialbuildings．Keywords:multi-storybuilding;reinforcedconcreteblockmasonryshearwallstructure;brickmasonrystructure;economy;safety;seismicperformance*国家科技支撑计划项目(2011BAE14B05-03)，住房和城乡建设部研究开发项目(2010-k2-1)，黑龙江省建设集团有限公司联合科研项目(MH20100436)。作者简介:王凤来，教授，博导，Email:[e-mail]。0引言目前多层住宅建筑的结构形式仍以砖混结构为主，尽管目前已经较少采用烧结粘土砖作为墙体材料，但以湿作业为主的生产方式，仍会消耗大量的资源、能源以及劳动力，其继续发展受到制约［1］。相比之下，配筋砌块砌体结构不仅使施工周期缩短、资源和能源的消耗量减少［2］，而且结构质量易于得到保证。针对拟建设在哈尔滨城区的某6层住宅建筑(顶层带阁楼)，在建筑图完全相同前提下，分别由哈尔滨方舟建筑设计院采用砖混结构和哈尔滨工业大学混凝土及砌体结构研究中心采用配筋砌块砌体结构进行结构设计，对完成的两套施工图由黑龙江省建设集团委托相关单位进行了预算对比分析，其所得结论充分体现了配筋砌块砌体结构在建设多层住宅建筑方面的经济性和安全性优势。1基本设计资料工程总建筑面积3731.72m2，标准层平面每层2个单元，每单元2户，地上6层，无地下室，顶层带阁楼，标准层层高为3m，建筑总高度22.4m，采用坡屋面。结构设计使用年限为50年，建筑抗震设防烈度为6度(0.05g)，设计地震分组为第一组，建筑抗震设防分类为标准设防类，场地类别为Ⅱ类，建筑结构安全等级为二级。50年一遇的基本风压为0.55kN/m2，地面粗糙度类别为B类，风荷载体型系数为1.3。两种结构方案的钢筋均采用HPB235级及HRB335级。2结构方案介绍两种结构的标准层结构布置分别见图1，2。图中仅为结构左侧一个单元的平面图，右侧另有一个单元与此单元结构布置对称，两个单元中间设置100mm伸缩缝。2.1砖混结构方案砌体采用MU15混凝土实心砖、Mb10砂浆，楼板采用C30现浇混凝土;门窗过梁、圈梁及构造柱均采用C30混凝土。建筑外承重墙厚度为370mm，伸缩缝处为双墙构造，墙体厚度均为240mm，内承建筑结构2013年墙体面积、墙体长度及墙体体积对比表1层号墙体面积/m2墙体长度/m墙体体积/m3砖混结构配筋砌块砌体结构承重填充砖混结构配筋砌块砌体结构承重填充砖混结构配筋砌块砌体结构承重填充地下127.632.032.7340.4168.4172.0338.172.383.51层76.331.518.1261.3165.995.3218.981.759.02层67.928.416.9238.4149.489.1198.774.052.53层64.726.117.3228.1137.290.9180.168.050.44层64.726.117.3228.1137.290.9180.068.050.45层63.923.819.9229.7125.1104.6173.860.546.16层58.323.815.8208.4125.183.3161.060.546.9合计574.6212.8150.71913.01119.7793.31450.5485.0388.8注:地下部分指上部结构墙体由1层楼地面延伸至基础顶面的部分，下文与此相同。图1砖混结构标准层结构布置图2配筋砌块砌体结构标准层结构布置重墙厚度为240mm。纵、横墙交接处按构造要求设置构造柱，并按构造要求设置钢筋混凝土圈梁。2.2配筋砌块砌体结构方案设计中配筋砌块砌体结构墙肢长度大于8倍墙肢宽度，按照《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)的规定，属一般配筋砌块砌体剪力墙，剪力墙抗震等级为四级。承重空心砌块的主要规格为390(290/190)×190×190［3，4］，地下部分至地上2层(底部加强部位)采用MU15的混凝土空心砌块，砂浆强度等级为Mb15，灌芯混凝土强度等级为Cb30;3层至阁楼层采用MU10的混凝土空心砌块，砂浆强度等级为Mb10，灌芯混凝土强度等级为Cb20。连梁的混凝土强度等级为C30。经计算，配筋砌块砌体结构的配筋全部按构造要求设置。配筋砌块砌体结构的节点配筋见图3。图3配筋砌块砌体结构节点配筋图3两种结构方案的经济性指标对比3.1承重墙体的总长度与总体积不考虑阁楼层，砖混结构承重墙体的总长度为1913.0m，总体积为1450.5m3;配筋砌块砌体结构承重墙肢的总长度为1119.7m，总体积为485.0m3，填充墙体积为388.8m3。从上述数据可明显看出，与砖混结构相比，配筋砌块砌体结构节省承重墙体长度达41.5%，节省承重墙体体积达66.6%，节省墙体总体积达39.8%。故大幅度减少了结构竖向承重构件的数量和造价，并减少了墙下基础的面积，同时加快了施工进度［2］。两种结构墙体的长度、面积及体积对比见表1。3.2地基基础承载力需求按6度设防考虑，通过PKPM计算分析的结果可以得出，砖混结构和配筋砌块砌体结构的竖向荷65第43卷第10期王凤来，等．哈尔滨地区6层住宅建筑结构对比设计与分析两种结构方案的建筑使用面积对比表2层号建筑面积/m2使用面积/m2配筋砌块砌体结构与砖混结构相比的增加值/m2配筋砌块砌体结构与砖混结构相比的增加比例/%砖混结构(不考虑抹灰)砖混结构(考虑抹灰)配筋砌块砌体结构不考虑抹灰考虑抹灰不考虑抹灰考虑抹灰1层613.78463.20453.82504.7441.5450.928.9711.222层568.86440.48431.70478.8038.3247.108.7010.913层535.12414.88406.50449.5034.6243.008.3410.584层535.12414.88406.50449.5034.6243.008.3410.585层510.40391.40383.74425.9834.5842.248.8311.016层484.22369.74362.88403.8834.1441.009.2311.30阁楼484.22378.42373.84410.8032.3836.968.569.89合计3731.722873.002818.983123.20250.20304.228.7110.79主要结构材料用量及工程造价对比表3材料用量及造价工程总用量单位面积用量节余量配筋砌块砌体结构砖混结构配筋砌块砌体结构砖混结构差值节约比例单位面积砌块/m3873.81450.80.270.45577.039.8%0.18混凝土/m3800.12644.40.250.2－155.72－24.2%－0.05钢筋/kg862929226826.5728.4159766.5%1.84模板/m24592.264935.721.411.52343.467.0%0.11造价/元1617864.01930627.9498.11594.41312763.916.2%96.3用工量/工日349242521.081.3176017.9%0.23注:1)列出的数据仅计算地下部分至地上6层，未将阁楼层计算在内;2)数据仅考虑了主体结构施工中包含的材料用量，砖混结构未计算墙体拉结筋用量及造价;3)工程造价中只考虑了相关材料的人工机，未包括运输、脚手架等措施费。载作用最大组合值分别为91419，73044kN。配筋砌块砌体结构相对于砖混结构，竖向荷载作用降低了20.1%，大幅度减少了基础的承载力需求，降低了基础部分的结构材料用量和工程造价。3.3建筑使用面积由于砖混结构的墙体厚度为外墙370mm、内墙240mm，地下部分全部为370mm，而配筋砌块砌体结构的墙体厚度仅有190mm。并且配筋砌块砌体结构的空心砌块是利用标准模具工厂化生产的，其表面平整度较高，故在建筑施工时可以不做抹灰面层，而砖混结构需要做至少20mm的双面抹灰，这一部分墙体抹灰在增加材料用量的同时也减少了使用面积［1］。故从整体上看，配筋砌块砌体结构相比传统砖混结构可增加使用面积。计算分析表明，按两种结构的建筑面积相同考虑(即外墙线对齐)，配筋砌块砌体结构与砖混结构对比，不考虑抹灰影响，单户增加使用面积约8.94m2，整栋建筑合计增加使用面积250.20m2;总增加比例约为8.71%;考虑抹灰影响，单户增加